Расчет максимальной токовой защиты

Токовые защиты подразделяются на токовые отсечки (ТО) и максимальные токовые защиты (МТЗ). МТЗ и ТО являются наиболее простыми и часто используемыми в электрических сетях среднего и высокого напряжения.

Принцип действия токовых защит (ТЗ)

Основан на отключении участка сети, в котором величина тока превышает заданное значение (уставка срабатывания по току).

Селективная работа МТЗ обеспечивается отстройкой ступеней защиты по времени. Для тупиковых линий, как правило, линии до 10 кВ, МТЗ и ТО выполняют функцию основной защиты. В сетях с более сложной конфигурацией ТЗ являются лишь резервными.

Это объясняется сложностью обеспечения селективной работы МТЗ для участков с двухсторонним питанием. В этом случае применяют более сложные направленные защиты.

Работа МТЗ характеризуется двумя параметрами: током и временем срабатывания. При определении тока срабатывания защиты Iсз, исходным критерием является отстройка от тока нагрузки, а также от возможных кратковременных скачков тока нагрузки, вызванных переходными процессами в сети.

При расчетах уставок срабатывания МТЗ необходимо соблюсти два условия:

1) Защита не должна приходить в действие при токах нагрузки, для чего ток Iсз должен превосходить ток нагрузки:

Iсз>Iн.макс;

2) Защита должна надежно возвращаться в исходное состояние после запуска, для чего должно быть выполнено условие:

Iвоз>kзkнIн.макс;

где Iвоз – ток возврата реле в исходное состояние. Iвоз должен быть больше тока нагрузки в первые моменты времени, после срабатывания защиты; его увеличение после срабатывания объясняется самозапуском двигателей;

kз – коэффициент запуска. Определяется как отношение пускового тока всех двигателей, оставшихся в работе после аварийного отключения, к максимальному рабочему;

kн - коэффициент надежности. Учитывает погрешность тока возврата реле и принимается равным 1,1–1,2;

Отношение тока возврата Iвоз к току срабатывания защиты Iсз есть коэффициент возврата kвоз.

Окончательно ток срабатывания МТЗ определяется из условия:

Iсз>(kзkнIн.макс)/kвоз;

Расчет МТЗ. 

При расчетах уставок необходимо реально оценивать возможное значение Iн.макс. Величина Iн.макспроверяется при набросах мощности в результате отключения одной из двух параллельных линий, в результате работы АВР на шинах распредустройства.

Следует учитывать, что тяжелый режим работы возникает также при АПВ отключенных участков, когда происходит самозапуск АД.

Выбранный по условию отстройки от нагрузки ток Iсз, проверяется по условию чувствительности защиты, которая характеризуется коэффициентом чувствительности:

kч=Iк.мин/Iсз;

где Iк.мин – минимальный ток короткого замыкания (КЗ). Как правило, ток однофазного замыкания на землю, в конце защищаемого участка. Защищаемым участком для МТЗ является линия, примыкающая к шинам, где установлено устройство РЗА, и следующий участок за шинами приемной подстанции.

kч на основном участке должен быть не менее 1,5; для резервируемого участка не менее 1,2.

Вторым, не менее важным параметром работы МТЗ является время срабатывания tз. Из условия селективности работы ТЗ на смежных участках, время срабатывания головного участка А должно быть больше времени срабатывания последующего участка В.

Разница во времени срабатывания защит этих участков называется ступенью времени срабатывания или ступенью селективности Δt.

Величина Δt зависит от времени срабатывания выключателя, выдержки времени защит смежного участка и погрешности в сторону замедления работы реле. Для МТЗ с независимой выдержкой времени, Δt определяется по выражению:

Δt=tп(в)+tв(в)+tп(а)+tзап;

где tп(в), tп(а)- погрешности времени срабатывания ТЗ на смежных участках В и А соответственно;

tв(в) – время отключения выключателя от момента подачи импульса на отключение до момента разрыва дуги КЗ на участке В;

tзап – время запаса.

Для ТЗ с зависимой и ограниченно зависимой выдержкой времени Δt определяется по выражению:

Δt=tп(в)+tв(в)+tп(а)+tзап+tи(а);

где tи(а) – дополнительное время, учитывающее инерционность индукционных реле.

Для МТЗ с независимой характеристикой отключения, время срабатывания определяется:

tз(а)=tз(в)+Δt;

Для защит с зависимой и ограниченно-зависимой характеристиками условие выбора времени срабатывания аналогично вышеприведенному условию, однако ступень селективности имеет некоторый диапазон.

Это объясняется тем, что время срабатывания индукционных реле неоднозначно, и зависит от величины тока КЗ. Согласование зависимых характеристик ТЗ выполняют в следующем порядке:

а) строят характеристику t=f(I) защиты В, с которой будут согласовывать характеристику защиты А;

б) находят максимальную величину тока КЗ. в начале участка защиты В, который будет проходить через оба смежных участка;

в) по графику t=f(I) защиты В, находят время срабатывания защиты В при максимальном токе КЗ (см. предыдущий пункт);

г) определяют время срабатывания защиты А по условию:

tз(а)≥tз(в)+Δt;

д) строят характеристику защиты А совместно с характеристикой защиты В. Оценивают селективность на всем промежутке совместной их работы.

Наиболее широкое распространение МТЗ получила в радиальных сетях. Достоинством ТЗ является простота и невысокая стоимость.

К недостаткам можно отнести сравнительно большое время отключения вблизи питающих центров и низкую чувствительность в сетях со сложной конфигурацией, имеющих множество параллельных связей.